WO-,3--TiO-,2-復(fù)合納米光催化材料制備及其光催化性能研究.pdf

1、光催化技術(shù)可利用太陽能降解有機(jī)物，無二次污染，反應(yīng)條件溫和，具有“節(jié)能”和“環(huán)保”雙重重要意義。TiO2作為一種半導(dǎo)體光催化劑，因其具有氧化能力強(qiáng)，物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，無毒、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，在環(huán)境凈化領(lǐng)域一直處于研究的核心地位。然而TiO2因其只能利用紫外光，導(dǎo)致材料本身在太陽能利用方面效率偏低，以及光生電子－空穴容易復(fù)合，是制約其在實(shí)際應(yīng)用中的關(guān)鍵。如何使光催化劑有效利用太陽能和提高電子－空穴分離效率來提高光催化活性一直被廣大學(xué)者所關(guān)注

2、。本論文通過提高催化劑的比表面積和半導(dǎo)體復(fù)合法對(duì)TiO2進(jìn)行復(fù)合改性，從而制備出高活性復(fù)合納米光催化材料。
　　 為獲得上述高活性復(fù)合納米光催化材料，本文首先以TiO2(P25)納米粒子為原料，采用水熱法制備了具有高分散性和大比表面積的鈦酸納米管，系統(tǒng)研究了煅燒溫度對(duì)其形貌、晶型、比表面積及光催化活性的影響。并以此為研究基礎(chǔ)，致力于在高溫結(jié)晶并保持納米管大比表面積形態(tài)的基礎(chǔ)上，利用氧化鎢和二氧化鈦復(fù)合促進(jìn)彼此電子－空穴有效分離的

3、作用，制備出具有更高光催化活性的WO3負(fù)載TiO2-NTs復(fù)合光催化材料。研究結(jié)果表明：
　　 采用水熱法制備了內(nèi)徑為3～4nm，外徑為5～7nm，長(zhǎng)度為數(shù)百納米，形貌均一、兩端開口，并具有高分散性和大比表面積的鈦酸納米管。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)熱處理溫度對(duì)于納米管的形貌、晶型、比表面積和光催化活性都有很大的影響。當(dāng)熱處理溫度低于300℃，試樣由于向銳鈦相轉(zhuǎn)化率低而只具備弱光催化活性。而當(dāng)熱處理溫度一旦高于300℃，納米管形態(tài)會(huì)受到不同程度破

4、壞，坍塌為具有不同長(zhǎng)徑比和比表面積的納米棒結(jié)構(gòu)。這說明熱處理雖然能夠提高光催化活性卻同時(shí)破壞了物質(zhì)的物理形態(tài)。為了可在晶型得以轉(zhuǎn)變的同時(shí)，使鈦酸納米管大比表面積的優(yōu)勢(shì)得到保留，本論文選用400℃熱處理，獲得了具有較大比表面積的TiO2納米棒光催化劑并展現(xiàn)出最佳光催化活性，是P25光催化活性的2.5倍左右。
　　 為了獲得TiO2納米管形貌的同時(shí)通過半導(dǎo)體復(fù)合獲得更高活性的復(fù)合光催化劑，我們嘗試采用“化學(xué)形貌凍結(jié)法”對(duì)鈦酸納米管依

5、次包覆有機(jī)碳層和SiO2層，并在包碳過程中引入WO3，經(jīng)過煅燒后成功制備出核殼結(jié)構(gòu)復(fù)合納米管光催化劑(SiO2
　　 WO3/TiO2-NTs)。此復(fù)合光催化劑在納米管高溫結(jié)晶的同時(shí)，保持了納米管形態(tài)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該復(fù)合光催化劑能夠使催化劑的光催化活性獲得顯著的提高，其活性可達(dá)到P25光催化活性的12倍左右。
　　 最后，本論文提出三元復(fù)合型核殼結(jié)構(gòu)納米光催化材料構(gòu)想并進(jìn)行了可行性探索研究。采用光化學(xué)原位還原法分別制備了